因為公司的主要業(yè)務(wù)是圖像識別相關(guān)的，因此對圖像處理、識別是我學習的重點。雖然寫程序也不少年了，但是對于圖像處理領(lǐng)域，我還是一個新兵。對很多基礎(chǔ)的概念也還是存在盲區(qū)，所以想在邊學邊做的過程中，對一些概念的梳理和學習心得進行記錄。
BMP文件格式
BMP(Bitmap-File)圖形文件，又叫位圖文件，是Windows采用的圖形文件格式，在Windows環(huán)境下運行的所有圖象處理軟件都支持BMP圖象文件格式。Windows系統(tǒng)內(nèi)部各圖像繪制操作都是以BMP為基礎(chǔ)的。一個BMP文件由四部分組成：
位圖文件頭
位圖信息段
調(diào)色板
位圖數(shù)據(jù)
一個BMP文件，可以用代碼表示，如下：
typedef struct tagBITMAP_FILE{
BITMAPFILEHEADER bitmapheader;
BITMAPINFOHEADER bitmapinfoheader;
PALETTEENTRY palette[256];
UCHAR *buffer; //UCHAR 大小1字節(jié)(同BYTE), 在VC6下
} BITMAP_FILE;
1、 BMP文件頭：BITMAPFILEHEADER
typedef struct tagBITMAPFILEHEADER { // bmfh
WORD bfType;
DWORD bfSize;
WORD bfReserved1;
WORD bfReserved2;
DWORD bfOffBits;
} BITMAPFILEHEADER;
bfType說明文件的類型，該值必需是0x4D42，也就是字符'BM'，否則表示根本不是BMP
bfSize說明該位圖文件的大小，用字節(jié)為單位
bfReserved1保留，必須設(shè)置為0
bfReserved2保留，必須設(shè)置為0
bfOffBits說明從文件頭開始到實際的圖象數(shù)據(jù)之間的字節(jié)的偏移量。這個參數(shù)是非常有用的，因為位圖信息頭和調(diào)色板的長度會根據(jù)不同情況而變化，所以你可以用這個偏移值迅速的從文件中讀取到位數(shù)據(jù)。
下面用Notepad++打開一個BMP文件：
（測試BMP文件）
這里：
bfType：0X040d（BM）
bfSize：0X0004a436 == 304182字節(jié) == 297K字節(jié)，說明這個位圖文件的大小為297K字節(jié)，和我看到的符合：
跳過4字節(jié)的保留字節(jié)，
bfOffBits：0X00000036 == 54字節(jié)
2、位圖信息段：BITMAPINFOHEADER
typedef struct tagBITMAPINFOHEADER{ // bmih
DWORD biSize;
LONG biWidth;
LONG biHeight;
WORD biPlanes;
WORD biBitCount
DWORD biCompression;
DWORD biSizeImage;
LONG biXPelsPerMeter;
LONG biYPelsPerMeter;
DWORD biClrUsed;
DWORD biClrImportant;
} BITMAPINFOHEADER;
biSize說明BITMAPINFOHEADER結(jié)構(gòu)所需要的字節(jié)數(shù)
biWidth說明圖象的寬度，以象素為單位
biHeight說明圖象的高度，以象素為單位。注：這個值除了用于描述圖像的高度之外，它還有另一個用處，就是指明該圖像是倒向的位圖，還是正向的位圖。如果該值是一個正數(shù)，說明圖像是倒向的，即：數(shù)據(jù)的第一行其實是圖像的最后一行，如果該值是一個負數(shù)，則說明圖像是正向的。大多數(shù)的BMP文件都是倒向的位圖，也就是時，高度值是一個正數(shù)。
biPlanes表示bmp圖片的平面屬，顯然顯示器只有一個平面，所以恒等于1
biBitCount說明比特數(shù)/象素，其值為1、4、8、16、24、或32。
biCompression說明圖象數(shù)據(jù)壓縮的類型，其中：
BI_RGB：沒有壓縮
BI_RLE8：每個象素8比特的RLE壓縮編碼，壓縮格式由2字節(jié)組成(重復象素計數(shù)和顏色索引)；
BI_RLE4：每個象素4比特的RLE壓縮編碼，壓縮格式由2字節(jié)組成
BI_BITFIELDS：每個象素的比特由指定的掩碼決定。
BI_JPEG：JPEG格式
biSizeImage說明圖象的大小，以字節(jié)為單位。當用BI_RGB格式時，可設(shè)置為0。
biXPelsPerMeter說明水平分辨率，用象素/米表示。
biYPelsPerMeter說明垂直分辨率，用象素/米表示。
biClrUsed說明位圖實際使用的彩色表中的顏色索引數(shù)（設(shè)為0的話，則說明使用所有調(diào)色板項）。
biClrImportant說明對圖象顯示有重要影響的顏色索引的數(shù)目，如果是0，表示都重要。
biSize：位圖信息段結(jié)構(gòu)BITMAPINFOHEADER的字節(jié)數(shù) 0x00000028 ==40字節(jié)
biWidth：352像素；
biHeight：288像素；
和圖片信息相符：
biPlanes：1
biBitCount ：24位圖
biCompression：沒有壓縮；
biSizeImage：0x4a400 == 304128字節(jié) ，當用BI_RGB格式時，可設(shè)置為0，為什么這里是304128呢？這里的304128是怎么出來的呢？
原來biSizeImage = biWidth*biHeight*每個像素的字節(jié)數(shù)
那么我們這里應該是：352*288*24/8 = 304128。（我們這里的位數(shù)/像素為24，所以每個像素的字節(jié)數(shù)為3）
注：這里的biWidth必須是4的倍數(shù)，如果不是4的倍數(shù)，則需要取4的倍數(shù)，比如241，則取244；為什么必須是4的倍數(shù)？這里涉及到一個行對齊的問題：
由于Windows在進行行掃描的時候最小的單位為4個字節(jié)，所以當
圖片寬 X 每個像素的字節(jié)數(shù) ！= 4的整數(shù)倍
時要在每行的后面補上缺少的字節(jié)，以0填充
biXPelsPerMeter：0x00000000
biYPelsPerMeter：0x00000000
biClrUsed：0x00000000 使用所有調(diào)色板項
biClrImportant：00000000
3、調(diào)色板
上面這張BMP圖片是否有調(diào)色板呢？答案是否定的。
因為從bfOffBits = 54字節(jié)可以看出，剛好是sizeof（BITMAPFILEHEADER ）+sizeof（BITMAPINFOHEADER）；
那么究竟調(diào)色板是什么東西？有什么用？為什么我們這種圖片不帶調(diào)試板呢？
我們先來說說三元色RGB概念。
我們知道，自然界中的所有顏色都可以由紅、綠、藍（R，G，B）組合而成。有的顏色含有紅色成分多一些，如深紅；有的含有紅色成分少一些，如淺紅。針對含有紅色成分的多少，可以分成0到255共256個等級，0級表示不含紅色成分；255級表示含有100%的紅色成分。同樣，綠色和藍色也被分成256級。這種分級概念稱為量化。
表1.1 常見顏色的RGB組合值
當一幅圖中每個象素賦予不同的RGB值時，能呈現(xiàn)出五彩繽紛的顏色了，這樣就形成了彩色圖。
讓我們舉例說明什么是調(diào)色板？為什么需要調(diào)色板？
有一個長寬各為200個象素，顏色數(shù)為16色的彩色圖，每一個象素都用R、G、B三個分量表示。因為每個分量有256個級別，要用8位（bit），即一個字節(jié)（byte）來表示，所以每個象素需要用3個字節(jié)。整個圖象要用200×200×3，約120k字節(jié)，可不是一個小數(shù)目呀！如果我們用下面的方法，就能省的多。
因為是一個16色圖，也就是說這幅圖中最多只有16種顏色，我們可以用一個表：表中的每一行記錄一種顏色的R、G、B值。這樣當我們表示一個象素的顏色時，只需要指出該顏色是在第幾行，即該顏色在表中的索引值。舉個例子，如果表的第0行為255，0，0（紅色），那么當某個象素為紅色時，只需要標明0即可。
讓我們再來計算一下：16種狀態(tài)可以用4位（bit）表示，所以一個象素要用半個字節(jié)。整個圖象要用200×200×0.5，約20k字節(jié)，再加上表占用的字節(jié)為3×16=48字節(jié).整個占用的字節(jié)數(shù)約為前面的1/6，省很多吧？
這張R、G、B的表，就是我們常說的調(diào)色板（Palette），另一種叫法是顏色查找表LUT(Look Up Table），似乎更確切一些。調(diào)色板在windows里的結(jié)構(gòu)定義如下：
typedef struct tagPALETTEENTRY { // pe
BYTE peRed;
BYTE peGreen;
BYTE peBlue;
BYTE peFlags;
} PALETTEENTRY;
那么為什么我們這張BMP不帶調(diào)色板呢？
是因為我們這張BMP是24位真彩色的BMP，所謂真彩色圖（true color），就是它的顏色數(shù)高達256×256×256種，也就是說包含我們上述提到的R、G、B顏色表示方法中所有的顏色。真彩色圖并不是說一幅圖包含了所有的顏色，而是說它具有顯示所有顏色的能力，即最多可以包含所有的顏色。表示真彩色圖時，每個象素直接用R、G、B三個分量字節(jié)表示，而不采用調(diào)色板技術(shù)。原因很明顯：如果用調(diào)色板，表示一個象素也要用24位，這是因為每種顏色的索引要用24位（因為總共有256×256×256種顏色，即調(diào)色板有256×256×256行），和直接用R，G，B三個分量表示用的字節(jié)數(shù)一樣，不但沒有任何便宜，還要加上一個256×256×256×3個字節(jié)的大調(diào)色板。所以真彩色圖直接用R、G、B三個分量表示，它又叫做24位色圖。
這么看來BMP文件不能一概而論了，其是否用調(diào)色板或者是RGB掩碼，位圖數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)的真正含義直接與biBitCount 有關(guān)，不同類型的位圖，其中的設(shè)計原理也不同，下面對此作一個對比：
4、位圖數(shù)據(jù)
上面基本把調(diào)色板及相關(guān)取色策略梳理清楚了，接著回到我們上面的例子。24位BMP圖，每3個字節(jié)表示一個像素，3個字節(jié)分別表示R、G、B的分量值
這里每3個字節(jié)表示一個像素的顏色，注意：由于位圖信息頭中的圖像高度是正數(shù)，所以位圖數(shù)據(jù)在文件中的排列順序是從左下角到右上角，以行為主序排列的。
